Лос-Анджелеський департамент води та енергетики Соснова вітряна електростанція та сонячна електростанція в Техачапі, Каліфорнія, за 115 миль від Лос-Анджелеса. Ірфан Хан / Los Angeles Times через Getty Images
Багато видів екстремальних подій можуть порушити роботу електроенергії, включаючи урагани, землетруси, повені, пожежі, надзвичайну спеку, сильний холод та тривалі посухи. Великі катастрофи можуть залишити тисячі людей у темряві. Глибока заморозка в Техасі в лютому була вибита 40% електрогенеруючих потужностей держави.
Під час таких подій у незачеплених регіонах може вистачити сили. Наприклад, під час лютневих відключень у Техасі комунальні підприємства виробляли електроенергію з гідроенергії на північному заході Тихого океану, природного газу на північному сході, вітру на північній рівнині та сонячної енергії на південному заході.
Сьогодні неможливо безперешкодно переміщати електроенергію з одного кінця США в інший. Але протягом останнього десятиліття дослідники національних лабораторій та університетів тісно співпрацюють з інженерами галузі для розробки міждержавної системи електроенергетики, яка може. І Інфраструктурний план президента Байдена буде рухатись у цьому напрямку, виділяючи мільярди доларів на будівництво високовольтних ліній електропередач, які можуть "перемістити дешевшу та чистішу електроенергію туди, де це найбільше потрібно".
My інженерні дослідження зосереджується на електроенергетичних системах. В Університеті штату Айова ми працювали над кількісною оцінкою переваг, які макрогріди можуть принести США. Ці великі передавальні системи з'єднують енергетичні ресурси та райони з високим попитом на електроенергію, відомі як центри навантаження, у великих географічних регіонах.
Електрична мережа передає енергію від генераторів, які часто розташовані далеко від населених пунктів, до споживачів енергії.
Національна система автомобільних доріг для електроенергії
Дуайт Ейзенхауер замислювався про національну міждержавну систему автомобільних доріг протягом десятиліть до його інавгурації президентом у 1953 р. Ейзенхауер стверджував, що така система "така необхідна для оборони, як і для нашого національна економіка та особиста безпека».
Конгрес погодився і прийняв Закон про автомобільні дороги Федеральної допомоги 1956 року, який уповноважив федеральний уряд оплатити 90% вартості цієї системи в 114 млрд. доларів США, а решту покрити штати.
Ейзенхауера хвилювало евакуація міст на випадок ядерної війни. Аргумент безпеки для макромережі фокусується на екстремальних подіях, які порушують електромережу. А економічні аргументи зосереджуються на переміщенні вітру, сонячної та гідроенергії з районів, де їх достатньо, до районів з високим попитом на електроенергію.
Сьогодні енергетична мережа Північної Америки насправді є такою п’ять сіток, також відомий як взаємозв’язки. Дві великі, Східний та Західний зв’язки, охоплюють більшість нижчих 48 штатів та великі ділянки Канади, тоді як три менші мережі обслуговують Техас, Аляску та північ Квебеку. Кожна з цих сіток використовує змінний струм, або змінного струму, щоб передати електроенергію від генераторів до споживачів.
Східний, Західний і Техаський взаємозв'язки пов'язані між собою високовольтний постійний струм, або HVDC, лінії, що дозволяють передавати потужність між ними. Ці об'єкти старіють і може передавати лише невелику кількість електроенергії між сітками. Один із способів уявити макрогрід - це накладання, яке об’єднує існуючі американські мережі та полегшує переміщення потужності між ними.
Потенційний американський макрогрид, що з'єднує східні, західні та техаські мережі та виходить на офшорні вітроелектростанції. Джеймс МакКеллі, CC BY-ND
Розподіл влади між регіонами
Президент Байден запропонував масштабні дії для досягнення чистого енергетичного переходу в США, зокрема зробивши електроенергію безвуглецевою до 2035 року. Для цього потрібно буде додати багато нових генеруючих потужностей, що відновлюються, протягом наступних 15 років.
За останні роки витрати на вітер та сонячну енергію різко впали. Сьогодні електроенергія від нових масштабних вітрових або сонячних електростанцій дешевша за електроенергію існуючі вугільні заводи. Тим не менше, відновлювані джерела енергії надають лише близько 21% американської електроенергії.
Макрогрід зменшить вартість електроенергії від нових вітрових та сонячних електростанцій двома способами. По-перше, це дозволить високоякісним відновлюваним джерелам енергії - переважно середньозахідному вітру та південній сонячній енергії, а також потенційно канадській гідроенергетиці - забезпечити прибережні центри навантаження. Дешевше будувати системи передачі, які можуть переміщати цю потужність на великі відстані, ніж генерувати її з низькоякісних, слабших ресурсів Сонця та вітру ближче до міст.
По-друге, макромережа дозволить розподілити виробництво енергії та енергетичні послуги між регіонами. Ця стратегія використовує різницю в часі через часові пояси та той факт, що попит на електроенергію має тенденцію пік у певний час доби, наприклад, коли люди приїжджають додому ввечері. А ціни на електроенергію зростають і падають протягом дня разом із попитом.
Наприклад, о 3:3 за тихоокеанським часом попит на електроенергію є відносно низьким на Західному узбережжі, а це означає, що вартість цієї електроенергії також низька. Надлишок західної електроенергії може бути використаний для забезпечення попиту на Східному узбережжі, яке досягає максимуму щодня одночасно з цим "вечором" на західному узбережжі, що відбувається о 6:7 за східним часом. Через чотири години, коли Західне узбережжя досягне свого щоденного піку за тихоокеанським часом 10 вечора, на Східному узбережжі буде XNUMX:XNUMX, де буде додаткове покоління для спільного використання на захід.
Розподіл потужності також працює, оскільки щорічний піковий попит на електроенергію припадає на різні періоди року для різних регіонів. Кожен регіон повинен мати доступ до достатньої потужності генерації, щоб задовольнити своє щорічне пікове навантаження, з певним запасом для покриття відмов виробництва. Макрогрид дозволить регіонам розподіляти надлишкову генеруючу потужність, коли це не потрібно локально.
Ця стратегія забезпечує переваги навіть тоді, коли річні піки в двох регіонах відрізняються лише на кілька днів. Коли вони відрізняються за тижнями або місяцями, виграш може бути великим. Наприклад, попит на електроенергію на північно-західному Тихоокеанському регіоні, як правило, досягає максимуму взимку, тому регіон може запозичувати потужності у Південно-Західного та Середнього Заходу, де попит спостерігається влітку, і навпаки.
Побудова трансмісії економить гроші
У дослідженні, яке я опублікував у 2020 році з академічними та галузевими колегами, ми показали, що без макрогріду це коштувало б більше $ 2.2 трлн з 2024 по 2038 рр. розробити та експлуатувати національну електроенергетичну систему та досягти 50% виробництва відновлюваної енергії в 2038 р. Це включає витрати на додавання 600 гігават нових виробничих потужностей, які були б майже повністю вітровими та сонячними; експлуатаційні витрати на залишки викопних та атомних електростанцій; і будівництво нових ліній електропередачі змінного струму для підключення нових електростанцій до споживачів.
Однак ми підрахували, що якщо США витратять 50 мільярдів доларів на розробку макромережі, загальні довгострокові витрати на розробку та експлуатацію електроенергетичної системи країни та досягнення 50% відновлюваної електроенергії в 2038 році зменшаться більш ніж на 50 мільярдів доларів. Іншими словами, завдяки можливості розподілити електроенергію між регіонами та доставити якісну відновлювану енергію з віддалених районів до центрів завантаження, макромережа з лишком окупить себе.
Деякі спостерігачі можуть переживати, що національна мережа буде вразливішою до каскадних відключень, ніж наша існуюча система. Насправді макрогрід насправді був би більш надійним, оскільки HVDC забезпечує розширені можливості управління мережею завдяки своїм гнучким конверторним станціям.
Лідери галузі і захисники чистої енергії закликають США продовжувати розробку макрогрідів. Але Північна Америка є відстаючи більшість країн світу розробляє міжрегіональні лінії електропередач для використання недорогих чистих енергетичних ресурсів. І якщо 50 мільярдів доларів здаються великими інвестиціями, розгляньте це: це також передбачувана мінімальна вартість відключень та стрибків цін на енергію під час глибокого заморожування в Техасі.
про автора
Джеймс Д. МакКеллі, Професор електротехніки, Університет штату Айова
Суміжні книги
Недолік: Найбільш всеосяжний план, який пропонувався змінити глобальне потепління
Пол Хоукен і Том Стейер
В умовах поширеного страху та апатії міжнародна коаліція дослідників, професіоналів та вчених зібралася, щоб запропонувати набір реалістичних та сміливих рішень щодо зміни клімату. Тут описано сто прийомів і практик - деякі добре відомі; про які ви, можливо, ніколи не чули. Вони варіюються від чистої енергії до навчання дівчат у країнах з низьким рівнем доходу до використання методів землекористування, які витягують вуглець з повітря. Рішення існують, є економічно вигідними, і громади в усьому світі в даний час приймають їх з вмінням і рішучістю. Доступний на Amazon
Проектування кліматичних рішень: Посібник з політики щодо енергії з низьким вмістом вуглецю
Гал Харві, Роббі Орвіс, Джефрі Ріссман
З урахуванням наслідків зміни клімату, необхідність зменшення глобальних викидів парникових газів є не менш терміновою. Це страшний виклик, але сьогодні існують технології та стратегії для його вирішення. Невеликий набір енергетичної політики, розроблений та реалізований добре, може поставити нас на шлях до майбутнього з низьким рівнем вуглецю. Енергетичні системи є великими та складними, тому енергетична політика повинна бути цілеспрямованою та економічно ефективною. Універсальні підходи просто не дозволять зробити роботу. Політики потребують чіткого, всебічного ресурсу, який би окреслював енергетичну політику, яка матиме найбільший вплив на наше кліматичне майбутнє, та описував, як правильно розробляти цю політику. Доступний на Amazon
Це змінює все: капіталізм проти клімату
автор: Наомі Кляйн
In Це змінює все Наомі Кляйн стверджує, що зміни клімату - це не лише одна проблема, яку слід акуратно подати між податками та охороною здоров'я. Це тривога, яка закликає нас виправити економічну систему, яка вже багато в чому нас не дає. Клейн ретельно будує випадок того, наскільки масово скорочення викидів парникових газів - це наш найкращий шанс одночасно зменшити розбіжність нерівності, переосмислити наші розбиті демократії та відновити наші поглиблені місцеві економіки. Вона висловлює ідеологічне відчай заперечувачів зміни клімату, месіанські марення потенційних геоінженерів та трагічний дефектизм занадто багатьох зелених ініціатив. І вона точно демонструє, чому ринок не (і не може) виправити кліматичну кризу, а навпаки, погіршить ситуацію із все більш екстремальними та екологічно згубними методами видобутку, що супроводжуються бурхливим капіталізмом катастроф. Доступний на Amazon
Від видавця:
Покупки в Amazon йдуть на те, щоб покрити витрати на привезення вас InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, і ClimateImpactNews.com безкоштовно і без рекламодавців, які відстежують ваші звички перегляду. Навіть якщо ви натискаєте на посилання, але не купуєте ці вибрані продукти, все, що ви купуєте за той же візит на Amazon, платить нам невелику комісію. Додаткових витрат для вас немає, тому, будь ласка, внесіть свої зусилля. Ви також можете використовуйте цю посилання в будь-який час користуватися Amazon, щоб ви могли допомогти підтримати наші зусилля.
Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.
